JPS58129847A - 光チヤネルを有する通信網 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヘテロダイン原理に従って多数形成される光
チャネルを有する通信網に関する。

この種の通信網では伝送媒体、光導波体は、光搬送周波
数多重技術において作動される。即ちそこに接続された
加入者に、唯一の共通の光導波体を介して非常に多数の
チャネルが提供され、その際チャネルを介して、加入者
は分配サービス、例えばラジオプログラムを自由にアク
セスできかつ例えば電話、テレビ電話、データ交換に対
しては、交換制御部を介してアクセスすることができる
。

ところ工水発明を、光通信技術の今日公知のシステムと
は、無線技術における開発段階との比較によって明らか
にできる方法で区別する。

最初は所謂ストレート型受信機が実現された。

その際所定の波長、場合に応じて、複数個の一僅かな数
の一所定の波長において送信されかつ受信される。しか
しこれに対して著しく高い感度および選択度を可能にす
るヘテロダイン原理を用バて、媒体の伝送容量を完全に
利用することができる。無線技術に対するこの原理によ
り生じた利点は太きかつ比が、一般的にこの間に既に忘
れられている。＋１＞−β　ヘテロダイン“受信機によ
シ無線技術は漸く本質的に開花し、今日なお標準形とな
っている。

従ってヘテロゲイン原理は、光通信システム対しても非
常に重要である。多数の刊行物、例えば気エレクトロニ
クス、レターズ”（第１６　　　”巻、１９８０年、第
、１７９乃至１８１頁、第７０９／７１０頁および第８
２６．８２７頁うには、必要なシステム構成要素の特殊
な詳細、殊に半導体レーザの熱的安定化および相応の調
整回路が記載されている。。％Ｉ　ＥＥＥ　　ジャーナ
ル・オブ・クワンタム・エレクトロニクス“（ＱＥ−１
７、Ｎｒ、６．１９８１年、第９１９乃至９３５頁）ｖ
ｃは、システムの特性および問題並びにコヒーレントな
光７アイノ々伝送システムのシステが ム構成要素を非常に詳しく説明されている。第７回ヨー
ロッ、ａ光通信会議の会議議事録（第８頁乃至第１１頁
、１９８１年９月）には、伝送媒体として単一モードフ
ァイノ々を有する将来の光ヘテロダインシステムに対す
る固定接続がブロック回路図として図示されておりかつ
そのシステムの構成要素、殊に送信および受信側におけ
る構成要素について記載されている。

上記の公知技術から、主たる目的は、大体１００ら乃至
２００らの中継器間隔乃至伝送長を得るために設定され
ていることがわかり、例えばその結果公知文献に記載の
ように海底接続を実現することができる。その際１つの
通信源および通信シンクにはそれぞれ１つのチャネルが
固定的に割当てられていることから出発している。

本発明の課題は、狭帯域および殊に広帯域のチャネルを
使用することができる多数の加入者が接続されている、
光チャネルを有する通信網を提供することである。その
際、これらチャネルは単に分配サービス、例えばテレビ
ジョンプログラムに対してのみならず、また或いは主要
には個別サービス、例えばデ〜り交換、電話、テレビ電
話、テレビ電話による会議接続等にも使用されるべきで
ある。即ち多数の広帯域チャネルは単に伝送のために用
いられるはかりてなく、交換のためにも使用される。こ
のためには、大きな伝送長は余り重要でなく、むしろチ
ャネルの可変の割当てもしくはチャネルの選択自由なア
クセスを可能にすることが重要である。

この課題は、次の特徴を有する本発明によって解決され
る。即ち 所属の通信源および通信シ／りに接続されてぃる送信装
置および受信装置に給電するための分配器を備えた基準
光搬送波を発生するレーザ基準ユニットと、 所属の通信源から供給される信号に対する搬送周波数を
その都度形成する、送信装置に設けられた周波数可変送
信器レーザと、 所蔵の通信シンクに対して定められている信号に対する
固定の、復調すべき中間周波数をその都度形成する、受
信装置における周波数可変局部レーザと、 送信装置および受信装置を結合する共通の光周波数分割
多重スイッチと、 伝送媒体として単一モードファイノ々とを備えている。

本発明および本発明の実施例にとって、光通信技術にお
いて極めて広帯域の媒体であるガラスファイバに、無線
技術に対してエーテルが長年未満たしてきた課題、即ち
多数の通信加入者に対する通信の結合点たるべく課題を
与えることができることが極めて重要である。オツチッ
クファイノ々に計算上は大体２５０．０００の可能な広
帯域チャネルを使用できるということから、将来の通信
網の新しい形式の構成は次のような特徴を有する。即ち
すべての加入者に対してヘテロダイン原理を用いて多重
アクセスできる光周波数チャネルを介したサービスのス
イッチフレームを使用しない分配および交換である。こ
の場合更に、全体の帯域幅が太きいため、それぞれの光
チャネルは狭帯域および広帯域チャネルへ分割しないで
もよい程度に大きく設定することができる。相応のこと
は、データリダクションシステムおよび時分割多重技術
における多重利用等に関しても当嵌る。他方においてこ
の形式の大きなチャネル提供において、僅かな時間的ず
れを有する数多くのサービスを行なうことができ（例え
ば約１００チヤネルにおける通常の持続時間の劇映画で
あってそれぞれ１分の時間的ずれ）、これによシこれら
チャネルのサービス乃至プログラム内容に関して著しく
高いチャネル使用は再び著しく低減される。

即ち本発明においては、伝送に関しても交換に関しても
ヘテロダイン原理が使用される。その際交換に対して、
通例の接続路網を必要としないことが、極めて重要であ
る。通信源およびシンク間の接続路の通し接続は、送信
されるすべての搬送波を完全に受動の結合点の形式の共
通の光周波数分割多重スイッチを介して、接続されてい
るすべての受信装置に到達させかつそこで当該の搬送波
への同調を行なうことによって、送信および受信装置に
おいて分散的に行なうことができる。

それぞれの通し接続におけるように、この場合も制御部
と被制御部との間を区別することができる。被制御部は
、本発明の実施例において送信および受信装置に設ける
ことができる。これに対して制御部は、単に純然たる分
配サービス、例ｔばテレビシゝヨンプログラムのみなら
ず、個別サービス、例えばテレビ電話等も提供できるよ
うに共通の中央局に設けることができる。

無線技術におけるように、本発明の光通信技術に対する
スー、ｏヘテロゲイン原理の利点は完全に利用される。

受信信号を局部発振器を用いて中間周波数領域に変換す
ることによって、ストレート型受信に比べて選択度およ
び感度が著しく改善される。というのは中間周波数領域
に対して、入力周波数に関して非常に高い品質を有する
フィルタが著しく簡単に構成されるからである。光チャ
ネルにおいて受信される光波信号は局部レーザの光波に
よって重畳されかつ受信器における両信号の混合によっ
てマイクロ波領域にある中間周波数が発生するので、チ
ャネルの分離は、光領域において達成可能なフィルタ急
峻度のため最小チャネル間隔がｌ　Ｑ　ＴＨｚのオーダ
にある光領域において行なわれる必要はない。これに対
して著しく高い品質のフィルタを有するマイクロ波領域
に、同時に感度を高めた場合使用される周波数領域にお
いて、気ストレート型受信“におけるよシも数桁大きい
数の搬送波乃至チャネルが収められる。

本発明にとって重要な、チャネルへのランダムアクセス
においてそれにも拘わらず固定フィルタを使用できるよ
うにするために、送信および受信装置における当該の周
波数は、・即ち本発明においては送信レーザおよび局部
レーザは掃引同調でなければならない。この形式のレー
ザは開発中であシかつ素子−工業におけるこの領域の急
激な技術革新において確実に十分な量および質において
即刻提供されるはずである。

中間周波数を形成する丸めに公知のように、無線技術に
おいて受信器自体に発生される非変調波が使用されなけ
ればならない。このことは原理的には本発明の実施例に
おいても行なわれるが、次に詳しく説明する事情から変
形される。

即ちこのために適した光搬送周波数−基準が使用され、
そこから送信および受信装置に対して完全に異なった搬
送周波数間隔を有する種々の周波数が導出される。その
理由は殊に、発生すべき周波数の安定性を必要としかつ
サービス個有の帯域幅を必要とするからである。

本発明においてはチャネルの交換に対して従来のような
接続路網を必要とせずかつ送信および受信装置の結合に
対して完全に受動の共通の光周波数分割多重スイッチが
設けられている点についても、従来の無線技術との比較
によって説明することができる。無線技術ではエーテル
が、線路に結合されない電波に対する受動の周波数分割
多重スイッチを形成し、−力木発明では相応に、送信さ
れるすべての周波数がそこに入力結合されかつ受信すべ
きすべての周波数がそこカラランダムアクセスによって
出力結合できる。光波を導く固定の媒体である。

本発明の有利な実施例において、レーザー基準ユニット
は固定の光搬送波−基準・ξターンを発生することがで
きる。光搬送波−基準が供給される送信および受信装置
において、このようにして、割当てられ定周波数への同
期を簡単に行なうことができる０ チャネル〈アクセスは純然たる分散形で行なえる、即ち
各送信者は自ら空きチャネルを探索しかつ当該の受信器
が全体のチャネル提供を自動的に、その受信器に定めら
れている通信について監視するにも拘わらず、この形式
の今日の通信網の゛一層有利な構成においては中央の監
視および／または検出が回避されない。単にこの理由か
らだけではないが、本発明の実施例において、チャネル
の割当ておよび制御に対する中央計算機を設けると有利
である。そこで行なわれる役割は単に、接続形成性およ
び接続解除のための信号化に限定されない。多数の受信
器が唯一の送信器に同調される純然たる分配サービスに
対して、当該のチャネルの割当ては直ちに固定に前身っ
て決めることができる。これに反して個別サービス、殊
に会議接続に対しては、例えばローカルの局階位におけ
る通信網に対して共通の交換局にも収納されるべき変化
可能なチャネル割当ておよびチャネル制御が望ましい。

本発明の基本形態においてそうであるのだが、交換の領
域に長い伝送路が生じない限りにおいて、単一モードフ
ァイノ々の有利な減衰の少ない伝送帯域幅の範囲を考慮
する必要がない。即ち少なくとも超音波および赤外線領
域も利用可能である。これらを使用しないでも、本発明
の有利な実施例において、キガヘルツ領域、例えばλ 笈＝１μｍ　における約０．００７　ｎｍ　　に相応す
る２　ＧＨｚの光搬送周波数を有する広帯域チャネルに
よって、致方チャネルの容量が生じる。

受信装置および送信装置に光搬送周波数を供給する分配
器は、簡単な光星状結合器として構成することができる
。この種の星状結合器は回避されない損失を有するにも
拘わらず、ヘテロダイン原理における高い感度によって
容易に補償されるので、この形式の簡単な装置を有する
光搬送波−基準一発生部が可能である。

相応の前提は、送信および受信装置の接続に対して本発
明の有利な実施例においても同様充足状結合器として構
成することができる共通の光周波数分割多重スイッチに
対しても当嵌る。

接続は勿論、単一モードの媒体によって、即ち必要の場
合には空間的に広く分布され、分岐されたファイバオシ
チック網によっても行なうことができる。この形式のフ
ァイバオシチック網はこの目的のために構造には殆んど
無関係である。例えば所望しない反射を回避すべき範囲
で制限が行なわれる。

しかし作動を確実に行なう理由から、チャネル交換の際
制御課題を処理するためにも、本発明の実施例において
中央計算機に独自の受信装置を配属することが望ましい
。この受信装置は、すべての他の受信装置のように、共
通の光周波数分割多重スイッチに接続され、この結果こ
のようにして網内で処理されるすべての通信を連続的に
、即ちそれぞれのチャネルをランダムに抽出して監視す
ることができる。

個別システム構成要素は、調整回路であれ、可変レーザ
、統合化回路であれ、即ち純然たる電子素子並びに光電
素子とも集積技術において構成すべきである○これによ
シ相応の構成において、　　　　　　　　　　　　　　
　　′送信および受信装置に対して特別なモジューラ型
ユニットを形成することができる。

次に本発明を図示の実施例を用いて詳細に説明する。

例えば単一モードファイノ々を介して交換局捷たは中央
局に接続されている。加入者は、種々異なった形式の端
末装置、殊にテレビジョンプログラムおよびテレビ電話
のような広帯域サービスに対するこの種の装置を備える
ことができる。

各端末装置に対して交換局乃至中央局において光方向性
結合器Ｋを設けることができる。光方向性結合器を介し
て、ある端末装置に対して指定されている光信号が当該
の受信装置Ｒおよび制御ユニツ）Ｏから導かれ、或いは
ある端末装置から供給された光信号が、描該の送信装置
Ｔおよび制御ユニットＣに導かれる。制御ユニットＣは
、加入者Ａ、Ｂ、・・・の複数の受信装置Ｒおよび送信
装置Ｔに対して使用することができる０ Ｒｅｆ　Ｇｅｎで示されているレーザー基準ユニットは
、光分配器りを介してすべての受信装置Ｒおよび送信装
置Ｔに供給される基準光搬送波を発生する。送信装置Ｔ
は、送信装置において変調された搬送周波数を光周波数
分割多重スイッチＳに供給する。このスイッチへの各入
力信号は、受信装置Ｒ，ＦＬ”に導かれている全部の出
力側に現われる。２重線によって図示されている接続線
は、光接続路（単一モードファイバ）であり、単一線と
して示されている線は、電気信号線を表わす。図示の矢
印は、信号伝送の方向を示す。わかり易くするために各
加入者に所属する装置は、２つの加入者ＡおよびＢに対
してしか図示されていない。

次に第１図の交換局の動作を、送信側の加入者Ａおよび
受信側の加入者Ｂとの間にテレビ電話接続が行なわれる
ものとして詳しく説明する○加入者Ａは、その端末装置
を介してサービス識別および相手加入者を例えば数字列
として、入力する。この信号は、当該の光方向性結合器
Ｋを介して、所属の制御装置Ｃに達しかつそこから送信
者アドレスと一緒に交換局の中央計算機ＯＰ　Ｕ　に達
する。中央計算機ＣＰＵ　は、被呼加入者Ｂが空いてい
るか、または塞っているかを検出する。加入者Ｂが空い
ていれば、呼出されかつ応答する。中央計算機ＣＰＵ　
は、自由なチャネル対（ｆｉ、ｆｊ）　　を割当てかつ
この情報を両方の当該制御装置Ｃに供給する０制御装置
Ｃは、その送信装置Ｔおよび受信装置ＲをチャネルＩお
よびＪに固定するように制御する。周波数ｆｉ　　およ
びｆｊ　　は、周波数ｆ□の光搬送波−基準ノクターン
に含まれている。これにより接続が形成される。加入者
Ａから加入者Ｂへの画像および音声の通信交換が、搬送
周波数ｆ１　　において行なわれ、逆方向では搬送波ｆ
３　　において行なわれる。例えば、両加入者のうち一
方、ＡまたはＢが受話器を置くことによって接続が解除
される。

受信装置Ｒ＊−並びにこ＼には図示されていない送信装
置Ｔ＊は殊に、チャネルが正しく占有されているかを監
視するために用いられる○本発明のこの形式の実施例は
、ユニバーサルに使用することができる０即ち小規模設
置１Ｒ（分局設備、屋内通信網）に対しても、高速のマ
スターＣスレーブ・システム、ノ々スジステム等に対し
ても適している。

第２図は、光導波体の伝送能力の利用度に関する光通信
技術の発展を説明する線図である。

最初は唯一の光搬送波のみがファイノ々オシチックを介
して送信されｆｃ（第２図ａ）。

その後、異なった波長の複数の光搬送波を同時にオゾチ
ックファイノ々を介して伝送しく第２図ｂ）かつファイ
ノ々オシチック出力側において光フィルタによって再び
分離することによって、オゾチツクファイノ々の伝送容
量をλ−多重技術導入により一層効果的に利用するよう
になっ之。

今日のフィルタおよびレーザ技術において光搬ていなけ
ればならない。例えば約１０　ＴＨｚに相応する３　０
　ｎｍ　の波長間隔を選択すると、今日の単一モードフ
ァイノ々の減衰の少ない波長領域０７乃至１８μｍにお
いて大体４０の光搬送波が使用できる。λ−多重技術は
、無線技術においてストレート型受信に相応し、そこで
も受信信号は高周波フィルタによって分離される。

光ヘテロダイン受信（第２図Ｃｌ）においては、チャネ
ルはもはやλ−多重技術におけるように一光領域におい
て分離されず、例えばマイクロ波領域ある中間周波数を
用いて分離される。マイクロ波領域においては光周波数
との比較において、非常に高い急峻度を有するフィルタ
が構成される。例えばＩ　ＧＨｚの光搬送波間隔が選択
されると、オプチツクファイノ々を介して大体２５０、
０００の光搬送波が伝送されかつ受信場所においてへテ
ロダイン原理を用いて再び分離される。

第３図は、光スーツξヘテロダイン受信機の原理を示す
。光出力に比例する出力電流を発生する光検波器（例え
ばＰＩＮ−ダイオード）に光方向性結合器（出力結合係
数Ｋ）を介して光信号波動量ａ　および局部レーザ波動
量ニが到来−二 する。局部レーザは、中間周波数にある信号を発生する
。

中間周波領域への変換は、五および−が同じフィルドの
モードおよび同じ偏光を有する、即ち空間的にコヒーレ
ントである限シ、波動量の積に比例して行なわれる。同
様レーザ周波数を、一定の中間周波数が生じるように安
定化する必要がある。

第４図は、ヘテロダイン原理が、星状網において結合点
のない中央交換のためにのみ使用される、本発明の１実
施例が略示されている。この場合加入者線への伝送は、
従来のように行なわれる。

中央局においてそれぞれの加入者ＡＳＢ、、・・・［は
送信および受信モジュールＭが所属しており、モジュー
ルを用いて加入者は光周波数多重スイッチ（充足状結合
器Ｓ）にアクセスできる。

各加入者に個有のモジュールＭには、変調器を有する周
波数可変送信レーザおよび同様周波数可変の受信用局部
レーザが設けられている○すべでのモジュールＭは、星
状結合器Ｓの入力側に受信信号を送信しかつ結合器の出
力側には全通信光流が現われるが、ヘテロダイン受信を
用いてその受信に対して決められたチャネルのみをろ波
する。周波数領域を種々異なったチャネルに分割するた
めに、周波数基準発生器１１．ｅｆ　Ｇｅｎから星状結
合器りを介して搬送周波数ノミターンが送出され、この
ノぐターンに加入者モジュールＭが同期される。プロセ
ス計算機Ｏｏｍｐ　は、接続のために空いている光チャ
ネルを選択し刀・つ加入者をその端局がそのチャネルに
設定されるように制御し、かつチャネル占有を検出する
ために用いられる。計算機Ｏｏｍｐ　Ｉｔ介して複数の
加入者間のテレビ会議が有利にも計算機Ｃｏｍｐの相応
の同調命令によって、ヘテロダイン受信機に切換られる
。

第５図の線状網では、すべての加入者ＡＸＢ・・・は、
唯一のオツチックファイノ々を介して相互に接続されて
いる。各加入者それぞれの各送信レーザには、必要に応
じて１つの光周波数が割当てられ、すべての送信周波数
は、中央局に設けられている基準レーザの周波数に関連
付けられる。各加入者は、別のすべての加入者の通信を
監視しかつその加入者に対して定められた通信だけを受
信する。加入者ＡおよびＢの接続は、中央局の計算機を
介しても交換することができ、その際計算機は相応の同
調命令を加入者のヘテロゲイン受信機に送出する。

時分割多重技術を用い几ファイノ々オプチック節約形線
状網およびストレート型受信を用いた光伝送技術では、
多数の加入者が広帯域の通信を交換したい場合機能しな
くなる。すべての加入者の情報の合計を考慮すれば、オ
ツチックファイバにおける相応に高い伝送速度および各
加入者において相応に高速の電子装置が必要になる。こ
の問題点は、ベースバンド一時分割多重技術に代わって
本発明の光周波数多重技術を使用すれば解決される。０
オプチツクフアイノ々の帯域幅をコヒーレントな光伝送
技術によって完全に利用することができるこの種の線状
網によシ、多数の加入者に対して広帯域の情報の交換を
行なうことができる。即ち付加的な加入者のため機に対
する変化領域を相応に拡げればよいだけである〇 例えば１００のテレビジョン信号の分配のために、第６
図によれば中央局においてそれぞれのテレビジョンチャ
ネルに光搬送波λｌ・・・λ１００力め割当てられる。

星状結合器Ｓｔ−介して、すべての光搬送波が加入者線
に供給される。各加入者にはそれぞれ、光へテロダイン
受信器が設けられておシ、種々のテレビジョ゛ンプログ
ラムの選択は、周波数可変局部レーザを用いて一定の中
間周波数において行なわれる。

星状結合器における出力の分配によって生じる、加入者
線での信号レベル減衰は、部分的にヘテロダイン受信機
の感度を高めることによって補償される。光増幅器とし
て標準素子を使用できれば１．　　　　　　　　　　・ 例えば光増幅器を集積光学を用いてチップ上に　　　　
　１製造できれば、例えば星状結合器Ｓと加入者線との
間に配置することができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は、光チャネルに対する交換局のブロック図であ
り、第２図は光導波体のチャネル占有を説明する線図で
あシ、その際ａ）は光年−チャネル伝送、ｂ）はλ−多
重技術を用いた伝送、Ｃ）は光周波数分割多重を用いた
伝送に対して示されており、第３図は光ヘテロダイン受
信の動作原理を説明する図であり、第４図は星状構成を
有する交換網を第１図に相応して示ｔす 文別の実施例のブロック図でちゃ、第５図は、線状構成
を有する分配網のブロック図であｐ１１００は星状構成
を有する分配網のブロック図である。 Ｋ・・・光方向性結合器、Ｔ・・・送信装置、Ｒ，Ｒ”
・・・受信装置、Ｃ・・・制御ユニット、Ｓ・・・光周
波数分割多重スイッチ、Ｄ・・・光分配器、Ｒｅｆ　Ｇ
ｅｎ・・・レーザ基準ユニット、ＣＰＵ・・・中央計算
機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】、　所属の通信源および通信シンクに接続されている
   送信装置（Ｔ）および受信装置（几）に給電するための
   分配器（Ｄ）を備えた、基準光搬送波を発生するレーザ
   基準ユニッ）　（Ｒｅｆ　Ｇｅｎ）と、 所属の通信源から供給される信号に対する搬送周波数を
   その都度形成する、送信装置（Ｔ）に設けられた周波数
   可変送信器レーザと、所属の通信シンクに対して定めら
   れている信号に対する固定の、復調すべき中間周波数を
   その都度形成する、受信装置（Ｒ）における周波数可変
   局部レーザと、 送信装置（Ｔ）および受信装置（Ｒ）を結合する共通の
   光周波数分割多重スイッチ（Ｓ）と、伝送媒体として単
   一モードファイノ々トヲ備えていることを特徴とする、
   ヘテロダイン原理に従って多数形成される光チャネルを
   有する通信網。 ２、　レーザー基準ユニット（Ｒｅｆ　Ｇｅｎ）は、固
   定の光搬送波基準パターンを発生する特許請求の範囲第
   １項記載の通信網。 ３、　チャネルの割当ておよび制御用中央計算機（ＣＰ
   Ｕ）が設けられている特許請求の範囲第１項記載の通信
   網。 ４、　ギガヘルツ領域における相互の光搬送波周波数間
   隔を有する広帯域チャネルが使用される特許請求の範囲
   第１項記載の通信網。 ５、　星状光結合器として構成されている、基準光搬送
   周波数に対する分配器ＣＤ）が設けられている特許請求
   の範囲第１項記載の通信網。 ６　送信装置（Ｔ）および受信装置（Ｒ）の結合に対し
   て、星状光結合器として構成されている共通の光周波数
   分割多重スイッチ（Ｓ）が設けられている特許請求の範
   囲第１項記載の通信網０ ７、　光周波数分割多重スイッチ（Ｓ）は、空間的に広
   く分配、分岐されたファイノＺ網として構成されている
   特許請求の範囲第１項記載の通信網０ ８、　監視の目的のため中央計算機（ＣＰＵ　）に所属
   する受信装置（Ｒ＊）が設けられている特許請求の範囲
   第１項記載の通信網。 ９　システム構成要素が、集積技術において形成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の通信網。